JPH1149010A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 舵取機構と操舵手段が機械的に非連結の車両
用操舵装置において、ステアリングホイールに与えられ
る操舵反力を滑らかに減少して、トルクセンサの異常に
よる操舵反力の極端な減少を回避することができる車両
用操舵装置を提供する。 【解決手段】 ステアリングホイール２に加わる操舵ト
ルクを検出する２つのトルクセンサ２３，２４と、一方
のトルクセンサ２３の検出値に応じてステアリングホイ
ール２に操舵反力を付与する反力モータ２５と、トルク
センサ２３の検出値が所定値を越える場合に、他方のト
ルクセンサ２４の検出値に応じて反力モータ２５を駆動
するとともに、反力モータ２５への出力の上限値を漸減
する反力制御部４とを備えている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵手段と舵取機
構が機械的に非連結の車両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵手段及び舵取機構が機械的に非連結
の車両用操舵装置は、動力舵取装置における舵取補助用
のアクチュエータと同様に、舵取機構に舵取用のアクチ
ュエータとしての電動モータを配してなり、操舵手段た
るステアリングホイールの操舵角の検出値に基づいて前
記電動モータを駆動することにより、ステアリングホイ
ールの操舵に応じた舵取りを行なわせる構成となってい
る。

【０００３】ステアリングホイールは、その下側に設け
られた操舵軸を車体の適宜部に回動自在に保持され、こ
の操舵軸の中途には、例えば、ウォームギヤ及びピニオ
ンギヤを組み合わせてなる運動変換機構が設けられ、そ
こに電磁クラッチを介して電動モータを用いてなる反力
モータが繋げられている。反力モータは、路面からの車
輪への反力，車速等の車両の状態に応じて大小となる操
舵方向と逆方向の力（反力）を操舵軸に加える作用をな
しており、これにより、操舵手段と舵取機構とが機械的
に連結された車両用操舵装置と同様の感覚で舵取操作が
行なえるようになっている。

【０００４】従って、ステアリングホイールの回転操舵
には、反力モータが発生する反力トルクに抗する操舵ト
ルクを加える必要があり、ステアリングホイールに加え
られる操舵トルクは、反力モータに隣接して設けられた
トルクセンサにより検出され、検出された操舵トルク
は、トルクセンサの故障判定に用いられる。

【０００５】また、操舵軸の下端には、一端を車体の適
宜部に固定された捩じればねが同軸的に繋がれており、
この捩じればねは、回転操舵の停止時に、その弾性によ
り操舵軸を回転させてステアリングホイールを中立位置
に復帰させるようになっている。この復帰は、機械的に
非連結の舵取機構側にて生じる車輪の直進方向への復帰
動作に伴ってステアリングホイールを戻すために必要な
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の如き従来の構成
においては、トルクセンサの検出値に異常が検出された
場合、電磁クラッチを切り離して反力モータの異常な反
力がステアリングホイールに加わらないようにしてあ
る。ところが、電磁クラッチが切り離されるために、操
舵反力が瞬時に捩じればねの反力のみとなり、運転者が
ステアリングホイールを切りすぎるという問題があっ
た。

【０００７】また、異常を検出した際のトルクセンサの
検出値が、例えば、外乱によるものでありトルクセンサ
に異常がない場合には、所定時間、トルクセンサの検出
値を監視し、検出値が所定の範囲内であるときは、上述
と逆の動作にて操舵反力を復帰させるようにしている
が、今度は逆に操舵反力が瞬時に増加するため、運転者
がステアリングホイールを切ることが困難になるという
問題があった。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、トルクセンサの検出値が所定値を越える場合
に、トルクセンサが異常であると判断し、反力モータへ
の駆動電流の上限値を徐々に減少させることにより、ス
テアリングホイールに与えられる反力を滑らかに減少し
て、トルクセンサの異常による操舵反力の極端な減少を
回避することができる車両用操舵装置を提供することを
目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は、上述の異常検出が外
乱等による突発的なものであり、トルクセンサに異常が
認められない場合には、反力モータへの駆動電流の上限
値を徐々に増加して通常の反力制御状態に復帰させるこ
とにより、ステアリングホイールに与えられる反力を滑
らかに増加して、反力制御の復帰時における操舵反力の
極端な増加を回避することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る車両用操
舵装置は、舵取機構と機械的に非連結の操舵手段と、該
操舵手段の操舵量に応じて前記舵取機構に舵取りを行な
わせる舵取制御手段と、前記操舵手段を中立方向へ付勢
する手段とを備えている車両用操舵装置において、前記
操舵手段に加わる操舵トルクを検出する２つの操舵トル
ク検出手段と、一方の操舵トルク検出手段の検出値に応
じて、前記操舵手段に操舵と反対方向の力を付与する反
力アクチュエータと、前記一方の操舵トルク検出手段の
検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合に、
他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記反力
アクチュエータを駆動するとともに、前記反力アクチュ
エータへの出力の上限値を漸減する反力制御手段とを備
えていることを特徴とする。

【００１１】第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発
明の車両用操舵装置において、前記反力制御手段は、前
記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連す
る値が、所定時間、所定の範囲内にある場合に、漸減さ
せた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増す
ることを特徴とする。

【００１２】第１発明に係る車両用操舵装置によれば、
２つの操舵トルク検出手段を備え、一方の操舵トルク検
出手段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える
場合に、この操舵トルク検出手段が異常であると判断
し、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記
反力アクチュエータを駆動しながら、前記反力アクチュ
エータへの出力の上限値を漸減することにより、操舵反
力の極端な減少を抑止することができる。

【００１３】第２発明に係る車両用操舵装置によれば、
第１発明の車両用操舵装置において、前記一方の操舵ト
ルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時
間、所定の範囲内にある場合に、この操舵トルク検出手
段からの異常な検出値が外乱等による突発的なものであ
り、操舵トルク検出手段に異常がないと判断し、漸減さ
せた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増す
ることにより、操舵反力の極端な増加を抑止することが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両
用操舵装置の要部の構成を示すブロック図である。

【００１５】本発明における車両用操舵装置は、車体の
左右に配された一対の舵取用の車輪１０，１０に舵取動
作を行なわせるための舵取機構１と、舵取機構１とは機
械的に非連結の操舵手段たるステアリングホイール２
と、各別のマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部
３及び反力制御部４とを備え、ステアリングホイール２
の操舵に応じて舵取制御部３が舵取機構１に配したアク
チュエータとしての舵取モータ１７を駆動して、舵取機
構１を動作させるとともに、操舵及び車両の状態に応じ
て反力制御部４がステアリングホイール２側に配した電
動モータからなる反力モータ２５を駆動し、ステアリン
グホイール２に操舵反力を付与する構成となっている。

【００１６】舵取機構１は、車体の左右方向に設けられ
て、その軸方向に移動する舵取軸１１の両端部と、左右
の車輪１０，１０を支持するナックルアーム１２，１２
とを、各別のタイロッド１３，１３により連結し、舵取
軸１１の左右両方向への移動により、タイロッド１３，
１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、
車輪１０，１０を左右に転舵させるものであり、この転
舵は、舵取軸１１の中途部に設けられた舵取モータ１７
の回転を、ギヤ及びボールねじを組み合わせてなる運動
変換機構により舵取軸１１の軸方向運動に変換して行わ
れる。

【００１７】一方のタイロッド１３及び舵取軸１１の連
結部と、舵取軸１１を軸方向へ移動自在に支承する舵取
軸ハウジング１４とを跨いで、直線摺動形ポテンショメ
ータからなるタイロッド１３の変位センサ１５が架設さ
れており、舵取軸ハウジング１４に対するタイロッド１
３の軸方向変位を検出している。その検出結果は舵取制
御部３に与えられ、所定の演算を行なうことによって舵
角に変換される。

【００１８】左右両側のタイロッド１３，１３の中途部
には、ストレインゲージを用いてなる軸力センサ１６，
１６が貼付され、路面の反力によって変化するタイロッ
ド１３，１３の軸力（軸方向に作用する引張力又は圧縮
力）を検出しており、その検出結果は舵取制御部３に与
えられる。なお、軸力センサ１６，１６は、片側の車輪
１０が縁石に乗り上げている場合、又は片側の車輪１０
が溝にはまっている場合等、左右の車輪１０，１０に発
生する路面との反力が夫々異なる状態を検出するため
に、左右両側のタイロッド１３，１３に備えられてい
る。

【００１９】ステアリングホイール２は、その下側に操
舵軸２０を突出して設けられ、操舵軸２０は、図示しな
い操舵軸ハウジングを介して車体の適宜部に回動自在に
支持されている。また、操舵軸２０の下端には一端を車
体の適宜部に固定された捩じればね２１が同軸的に繋が
れており、回転操舵の停止時にその弾性により操舵軸２
０を回転させて、ステアリングホイール２を中立位置に
復帰せしめる作用をなしている。

【００２０】また、操舵軸２０の中途部にはウォームギ
ヤ及びピニオンギヤを組み合わせてなる運動変換機構が
設けてあり、これに電動モータからなる反力モータ２５
が、その出力軸にて電磁クラッチ２６を介して繋げられ
ている。反力モータ２５は、主に、軸力センサ１６，１
６の出力に基づく路面反力の大小、車両の走行速度（車
速）の高低等に応じて大小となる操舵方向と逆方向の力
（反力）を、反力制御部４からの制御指示に応じてステ
アリングホイール２に加える作用をなしており、運転者
が路面反力を模擬的に体感することができるようになっ
ている。電磁クラッチ２６は、反力モータ２５、又はそ
の駆動回路の異常時に反力モータ２５の駆動力をステア
リングホイール２から切り離すために設けられている。

【００２１】従って、ステアリングホイール２の回転操
舵には、反力モータ２５が発生する反力に抗する操舵ト
ルクを加える必要があり、この操舵トルクは、操舵軸２
０上で反力モータ２５の運動変換機構に隣接して設けら
れたポテンショメータを用いてなるトルクセンサ２３，
２４により検出される。なお、トルクセンサ２３，２４
は２系統となっており、一方のトルクセンサ２３が通常
使用されるメインセンサであり、他方のトルクセンサ２
４はトルクセンサ２３が故障したときのバックアップと
して用いられ、各トルクセンサ２３，２４の検出結果
は、反力制御部４を介して舵取制御部３に与えられる。
なお、検出された操舵トルクは、トルクセンサ２３，２
４の故障判定に用いられる。

【００２２】また、ステアリングホイール２の操舵角
は、操舵軸２０に付設されたポテンショメータを用いて
なる操舵角センサ２２により検出され、その検出結果
は、舵取制御部３に与えられる。

【００２３】以上の如く、舵取制御部３には、舵取機構
１側にて実際に生じている舵取りの状態が、変位センサ
１５及び軸力センサ１６，１６からの入力として与えら
れ、また、ステアリングホイール２の操舵の状態が、操
舵角センサ２２からの入力として与えられ、ステアリン
グホイール２の操舵に応じて加えられる反力の大きさ及
び方向が、トルクセンサ２３，２４から反力制御部４を
介して与えられる。

【００２４】さらに、車両の走行速度を検出する車速セ
ンサ５と、車両が旋回する際に起こる、車体に対して垂
直な軸回りの角速度、即ちヨーレートを検出するヨーレ
ートセンサ６と、車体に対して横方向の加速度を検出す
る横加速度センサ７と、車体に対して前後方向の加速度
を検出する前後加速度センサ８とが夫々車体の適宜部に
設けられており、それらの出力は舵取制御部３の入力端
子に与えられる。

【００２５】舵取制御部３は、操舵角センサ２２から与
えられる操舵角に応じて目標舵角を算出し、車速センサ
５から与えられる車速と、ヨーレートセンサ６から与え
られるヨーレートと、横加速度センサ７から与えられる
横加速度と、前後加速度センサ８から与えられる前後加
速度とに応じて前記目標舵角を補正し、変位センサ１５
から与えられる実際の舵角が、補正された目標舵角と一
致するように舵取モータ１７を駆動する。

【００２６】さらに、舵取制御部３は、舵取りに伴って
舵取用の車輪１０，１０に実際に加わる路面反力を検出
する軸力センサ１６，１６の検出値に応じて目標反力を
算出し、車速センサ５，ヨーレートセンサ６，横加速度
センサ７，及び前後加速度センサ８の検出値に応じて目
標反力を補正し、この補正された目標反力を反力制御部
４へ与える。

【００２７】反力制御部４は、舵取制御部３から与えら
れる目標反力に応じて反力モータ２５を駆動し、ステア
リングホイール２に路面反力を模擬的に加えることによ
り、ステアリングホイール２及び舵取機構１が機械的に
連結された一般的な操舵装置（連結型の操舵装置）と同
様の感覚での操舵が行なえるようになっている。

【００２８】図２は、本発明に係る操舵反力の制御に伴
う反力制御部４の制御内容を示すフローチャートであ
る。図３は、この制御に伴う反力モータ２５へのモータ
電流の上限値の変化を示すグラフであり、縦軸に反力モ
ータ２５のモータ電流上限値を、横軸に時間を夫々配し
ている。

【００２９】まず、メイン側のトルクセンサ２３の検出
値を取込み（ステップ１）、この検出値が所定の範囲を
越えるか否かを確認する（ステップ２）。そして、所定
の範囲内である場合には、メイン側のトルクセンサ２３
が「正常」であると判断し、この検出値に基づいて反力
モータ２５の駆動を行ない（ステップ３）、終了となる
（通常制御期間）。

【００３０】ステップ２にて所定の範囲を越える場合に
は、メイン側のトルクセンサ２３が「異常」であると判
断し、今度は、サブ側のトルクセンサ２４の検出値を取
込む（ステップ４）。そして、この検出値に基づいて反
力モータ２５へモータ電流を与えて駆動する（ステップ
５）とともに、モータ電流の予め設定された上限値を所
定量減少させる（ステップ６）（制御停止準備期間）。
次いで、減少させた後の上限値が所定値に達した否かを
確認し（ステップ７）、所定値に達した場合には、電磁
クラッチ２６をオフとして反力モータ２５の駆動力がス
テアリングホイール２に加わらないようにする（ステッ
プ８）（制御停止期間）。なお、ステップ７において所
定値に達していない場合には、ステップ６，７の動作を
繰り返す。

【００３１】復帰動作は、ステップ８までの異常検出動
作の後に、再びメイン側のトルクセンサ２３の検出値の
取込みを開始し（ステップ９）、この検出値が所定の時
間に対応するサンプリング回数の間、所定の範囲を越え
るか否かを確認する（ステップ１０）。そして、所定の
範囲内である場合には、メイン側のトルクセンサ２３が
「異常なし（正常）」であると判断し、モータ電流の上
限値を所定量増加させる（ステップ１１）（制御復帰期
間）。なお、ステップ１０にて所定の範囲を越える場合
には、「異常」であると判断してステップ９，１０の動
作を繰り返す。

【００３２】次いで、この上限値が前述の如き元の通常
制御時の所定値に達した否かを確認し（ステップ１
２）、所定値に達した場合には終了となり（通常制御期
間）、達していない場合にはステップ１１，１２の動作
を繰り返す。

【００３３】なお、以上の構成に限らず、メイン側のト
ルクセンサ２３と、サブ側のトルクセンサ２４との両方
から操舵トルクの検出値を予め取り込んでおき、メイン
側のトルクセンサ２３の検出値の異常判定をサブ側のト
ルクセンサ２４の検出値との比較により行なう構成とす
ることもできる。このような構成の場合、両方のトルク
センサ２３，２４の検出値が異常であると判定されたと
き、又は、いずれかのトルクセンサ２３，２４の検出値
が異常であるかを判定できないときは、反力モータ２５
へのモータ電流を所定の割合で減少させていくようにす
るのが好ましい。

【００３４】また、反力制御部４が故障した場合、反力
モータ２５に適切なモータ電流を与えられないという問
題が発生することが思慮されるが、このような場合に
は、図４に示す如く反力制御部４の内部を構成すること
により、反力制御部４の故障を的確に診断することがで
きるので、反力モータ２５の駆動を停止させる等の動作
を行なわせることができる。

【００３５】図４は、反力制御部４の構成を示すブロッ
ク図である。反力制御部４は、舵取制御部３から与えら
れる目標反力に基づいて、反力モータ２５に与えるモー
タ電流の大きさ（電流値）と、このモータ電流により反
力モータ２５が駆動される方向（駆動方向）を演算する
ＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１により演算された電流値及び
駆動方向に応じて反力モータ２５に通電する反力モータ
駆動回路４２と、反力モータ駆動回路４２が出力する実
際の電流値及び駆動方向を検出するモータ電流検出回路
４３と、ＣＰＵ４１の入出力及びモータ電流検出回路４
３が検出した電流値及び駆動方向に基づいてＣＰＵ４１
を監視するＣＰＵ監視部４４とから構成されている。

【００３６】ＣＰＵ４１は、舵取制御部３から与えられ
る目標反力に基づいて、駆動方向を含めた反力モータ２
５の目標電流値を算出し、モータ電流検出回路４３から
与えられる実際の電流値をフィードバック値として、前
記目標電流値を補正して反力モータ駆動回路４２へ出力
する。

【００３７】反力モータ駆動回路４２は、ＣＰＵ４１か
ら与えられる補正された目標電流値とその駆動方向に応
じて反力モータ２５に通電する。また、反力モータ駆動
回路４２は、ＣＰＵ監視部４４からの制御停止信号によ
り、ＣＰＵ４１の異常時に反力モータ２５への通電を強
制的に停止できるようにしてある。

【００３８】モータ電流検出回路４３は、反力モータ駆
動回路４２からの出力である実際の電流値及び駆動方向
を検出し、ＣＰＵ監視部４４及びＣＰＵ４１へ検出結果
を出力する。

【００３９】ＣＰＵ監視部４４は、モータ電流検出回路
４３から与えられる実際の電流値及び駆動方向と、ＣＰ
Ｕ４１への入力たる、舵取制御部３から与えられる目標
反力と、ＣＰＵ４１からの出力たる電流値及び駆動方向
とに基づいて、ＣＰＵ４１が正常に動作しているか否か
を診断している。

【００４０】図５は、ＣＰＵ４１の監視に伴うＣＰＵ監
視部４４の制御内容を示すフローチャートである。舵取
制御部３からの目標反力の入力に伴ってスタートし、ま
ず、入力される目標反力を取り込み（ステップ１）、取
り込んだ目標反力が所定値以上であるか否かを確認し
（ステップ２）、所定値以上である場合には、モータ電
流検出回路４３から与えられる実際の駆動方向を取込む
（ステップ３）。そして、ステップ１にて取り込んだ目
標反力に応じた反力モータ２５の駆動方向が、ステップ
３にて取り込んだ実際の駆動方向と逆方向であるか否か
を確認し（ステップ４）、方向が同じである場合には、
ＣＰＵ４１が「正常」であると判断して終了となる。ま
た、ステップ４にて駆動方向が逆である場合には、ＣＰ
Ｕ４１が「異常」であると判断して、反力モータ駆動回
路４２へ制御停止信号を出力し（ステップ５）、反力モ
ータ駆動回路４２による反力モータ２５への通電を停止
させる。

【００４１】一方、ステップ２にて所定値を下回る場合
には、モータ電流検出回路４３から与えられる実際の電
流値を取込み（ステップ６）、電流値が所定値以上であ
るか否かを確認し（ステップ７）、所定値以上である場
合には、ステップ５の動作を行ない、所定値を下回る場
合には、終了となる。

【００４２】以上の如き構成により、舵取制御部３から
の目標反力が所定値未満の場合で、実際の電流値が所定
値以上である場合、又は、舵取制御部３からの目標反力
が所定値以上の場合で、目標反力に基づく駆動方向が、
実際の駆動方向と逆である場合のいずれかの条件を満た
すときに、ＣＰＵ４１は異常であると見做し、反力制御
部４が正常な反力制御を行なうことができないと診断す
ることができる。そして、この診断結果に基づいて、反
力モータ駆動回路４２による反力モータ２５への通電を
停止させるか、反力制御部４に代えて舵取制御部３によ
る反力モータ２５の駆動制御を開始させる等の安全処理
を講じることにより、更に安全な車両用操舵装置を構成
することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係る車両用
操舵装置においては、２つの操舵トルク検出手段を備
え、一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連
する値が所定値を越える場合に、この操舵トルク検出手
段が異常であると判断し、他方の操舵トルク検出手段の
検出値に応じて前記反力アクチュエータを駆動しなが
ら、前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸減す
ることにより、操舵反力の極端な減少を抑止することが
できる。

【００４４】また、前記一方の操舵トルク検出手段の検
出値又はこれに関連する値が、所定時間、所定の範囲内
にある場合に、この操舵トルク検出手段からの異常な検
出値が外乱等による突発的なものであり、トルクセンサ
に異常がないと判断し、漸減させた前記反力アクチュエ
ータへの出力の上限値を漸増することにより、操舵反力
の極端な増加を抑止することができる等、本発明は優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用操舵装置の要部の構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明に係る操舵反力の制御に伴う反力制御部
の制御内容を示すフローチャートである。

【図３】図２の制御に伴う反力モータへのモータ電流の
上限値の変化を示すグラフである。

【図４】反力制御部の構成を示すブロック図である。

【図５】ＣＰＵの監視に伴うＣＰＵ監視部の制御内容を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 舵取機構 ２ ステアリングホイール ３ 舵取制御部 ４ 反力制御部 ５ 車速センサ ６ ヨーレートセンサ ７ 横加速度センサ ８ 前後加速度センサ １１ 舵取軸 １２ ナックルアーム １３ タイロッド １４ 舵取軸ハウジング １５ 変位センサ １６ 軸力センサ １７ 舵取モータ ２０ 操舵軸 ２１ 捩じればね ２２ 操舵角センサ ２３，２４ トルクセンサ ２５ 反力モータ ２６ 電磁クラッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽山 明夫 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 川口 裕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 舵取機構と機械的に非連結の操舵手段
   と、該操舵手段の操舵量に応じて前記舵取機構に舵取り
   を行なわせる舵取制御手段と、前記操舵手段を中立方向
   へ付勢する手段とを備えている車両用操舵装置におい
   て、 前記操舵手段に加わる操舵トルクを検出する２つの操舵
   トルク検出手段と、一方の操舵トルク検出手段の検出値
   に応じて、前記操舵手段に操舵と反対方向の力を付与す
   る反力アクチュエータと、前記一方の操舵トルク検出手
   段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合
   に、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記
   反力アクチュエータを駆動するとともに、前記反力アク
   チュエータへの出力の上限値を漸減する反力制御手段と
   を備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】 前記反力制御手段は、前記一方の操舵ト
   ルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時
   間、所定の範囲内にある場合に、漸減させた前記反力ア
   クチュエータへの出力の上限値を漸増することを特徴と
   する請求項１記載の車両用操舵装置。